锅炉设备及运行.docx

第二篇锅炉设备及运行 第一章锅炉的结构第一节锅炉的结构 循环流化床锅炉的结构及布置 循环流化床锅炉的组成大致可分为两个部分。第一部分由炉膛(流化床燃烧室)、气固体分离设备(分离器)、固体物料再循环设备(返料装置)等组成，上述部件形成了一个固体物料循环回路。第二部分为尾部对流烟道，它布置有过热器、再热器、省煤器和空气预热器等。 燃料和脱硫剂由炉膛下部进入锅炉，燃烧所需的一次风和二次风分别从炉膛的底部和侧墙送入，燃料的燃烧主要在炉膛中完成。炉膛四周布置有水冷壁，用于吸收燃烧所产生的部分热量。由气流带出炉膛的固体物料在分离器内被分离和收集，通过返料装置送入炉膛，烟气则进入尾部烟道。循环流化床锅炉燃烧系统如图2-1-1所示。 1.炉膛 炉膛燃烧以二次风入口为界分为两个区，二次风入口以下为大粒子还原气氛燃烧区，以上为小粒子氧化气氛燃烧区。燃料的燃烧、炉内脱硫、氮氧化物的生成及分解过程主要在燃烧室内完成。燃烧室内布置有受热面，它完成大约50%燃料释热量的传递过程。流化床锅炉燃烧室既是一个燃烧设备，也是一个热交换器，它集流化、燃烧传热与脱硫、脱硝反应于一体。 2.分离器 循环流化床锅炉分离器是循环流化床锅炉燃烧系统的关键部件之一，它的形式决定了燃烧系统和锅炉整体布置的形式和紧凑性，它的性能对燃烧室的空气动力特性、传热特性、物料循环、燃烧效率、锅炉出力、负荷调节能力、锅炉启动时间等均有重要影响。 3.返料装置 返料器的作用是将分离器分离下来的高温灰，从分离器下部的低压侧(负压侧)输送到燃烧室下部的高压侧(正压侧)，锅炉返料装置常见的有U型阀和J型阀，它是循环流化床锅炉的重要部件之一。它的正常运行对燃烧过程的可控性，锅炉负荷的调节性能起决定性的作用，它的主要功能是将分离器分离后，收集下来的物料返回流化床上循环燃烧;并保证流化床内的高温烟气，不经过返料装置短路流入分离器。它既是一个物料回送器，也是一个锁气器，如果两个作用失控，物料循环过程就建立不起来，使得锅炉燃烧效率大为降低，燃烧工况变差。 第二节汽水系统一、汽水系统的构成和各部件的作用合格的给水进入锅炉后，在特定的受热面中不断吸收燃料燃烧所放出的热量而被加热到所处压力下的饱和温度时，称为饱和水。继续吸收热量，使之蒸发为饱和蒸汽。在变成饱和蒸汽的过程中，如果水在一个流程中全部变成汽而再无剩余则称此炉为直流锅炉，如果在一个流程中，水只有一部分变成汽，而其余的水与新加入的水一起再重复过去的流程进行蒸发的锅炉，我们称为循环锅炉。循环锅炉又因循环动力不同可分为强制循环锅炉和自然循环锅炉两种。汽水系统由汽包、水冷壁、下降管、联箱、给水管道阀门构成。(一)汽包1.汽包的作用(1)汽包与省煤器、过热器、水冷壁、下降管直接连接相通，既是一个平衡容器，来保持水冷壁中汽水混合物流动时所需的压头;同时也是加热、蒸发、过热三个过程的中心枢纽。(2)由于汽包本身质量很大，内部又蓄有很多汽水，因而它蓄有很多的热量。当锅炉工况变化时，它能起缓冲、稳定、调节的作用。(3)汽包可以把给水中的杂质浓缩，沉淀后给予排出，保证炉水的品质符合一定要求。(4)由于汽包容积大，可利用自然分离或在汽包内装设专门的设备来净化蒸汽，保证饱和蒸汽具有合格的品质，不使过热器及汽轮机受到损害。2.汽包的结构汽包是一个汇集炉水和饱和蒸汽的圆筒形容器，能起储存水汽的作用，以适应负荷的骤然变化.在汽包内部还包括着许多复杂的装置，如给水、加药、排污、分段蒸发和蒸汽净化装置等。此外，汽包上还装有压力表，水位计和安全门等附件。汽包的两端盖叫做封头，一般用钢板冲压制成，焊在汽包筒体上。封头为了保证有足够的强度，常做成弧形过渡部分的结构，或采用半球形的结构。半球形封头上的应力分布很均匀，.只要厚度不小于筒体的厚度，强度就是足够的。为了便于进入汽包进行设备的安装和检修工作，在汽包一端或两端的封头上开有人孔。人孔一般为椭圆形，常用尺寸为420mmX 325mm，最小尺寸为400mmX 300mm。人孔上的孔盖俗称倒门，是用拉力螺丝由里向外拉紧的。人孔所以做成椭圆形是为了使人孔盖得以放入汽包。运行中汽包内的压力可进一步将孔盖压紧。为保证严密，在人孔盖和汽包的接合面应补有石棉纸和紫铜垫片。现代锅炉的汽包都装在烟道外面而不与烟气接触，下降管也布置在炉墙外而且加绝热层。在运行中汽包由于温度不均或膨胀受阻，会产生巨大的应力，以致发生变形，导致事故。为了测知汽包的变形情况，在汽包上装设膨胀指示器。汽包壁温上下最大相差不应超过40，以免金属内产生很大的弯曲应力，造成汽包弯曲。在锅炉启动时，必须控制适当的升压速度，以防汽包受热不均而产生过大的热应力。3.汽包内部装置(1)给水装置。给水由省煤器进入汽包时须注意以下问题:消除给水的动能，防止水位波动，以免产生蒸汽大量带水等不良现象。为了改善蒸汽品质，高压锅炉中常采取用给水清洗蒸汽的措施。给水进入汽包后通过清洗装置也可以消除自身动能，减少冲击作用，而均匀地流入容水空间。防止给水直接与汽包壁接触，以免产生过大的温差应力。省煤器出水温度可能低于汽包内部的温度(饱和温度)，在省煤器引出管与汽包的连接处就可能产生局部的温差应力。当运行中温度波动时，应力也跟着变化，会导致金属疲劳，甚至使焊口发生放射性的裂缝。为此，通常在给水进入汽包处加装保护套管，使汽包壁管孔的金属不与进水管直接接触，而在其间夹着一层蒸汽作为过渡介质。(2)加药装置。锅炉受热面如果结了水垢，不但会恶化传热，降低效率，还会因金属过热而导致烧穿爆破等恶性事故。为了防止产生水垢，要求供给品质合格的给水。但因锅炉内水蒸发得很快，如果补充水质稍差或者汽轮机的凝结器稍有泄漏，都可能造成结垢。作为预防性的措施，广泛采用向汽包中加入特种药剂的锅内处理法防止受热面结垢。常用的药剂是磷酸三钠，它能使炉水的钙离子与磷酸根化合，在炉水保持一定碱度的情况下，这种化合物能形成难溶而不易粘附在受热面上的水渣，很易随排污管排出，从而防止水垢的生成。 (3)排污装置。锅炉排污分定期排污和连续排污两种。 由于锅炉给水常有微量的盐分，以及炉水腐蚀锅炉表层产生一定的腐蚀产物。又因炉水不断蒸发、浓缩，结果是炉水中可溶性的含盐浓度不断增加，不溶解的水渣也越来越多，以致影响蒸汽品质和运行安全，因此必须把一部分炉水排掉以便带走部分盐分和水渣，使炉水质量符合标准。 定期排污的主要任务是排出沉积在锅炉内的水渣，所以定期排污点应选在水渣浓度最大的部位，即锅炉的最低部位。定期排污量的多少，主要取决于给水质量，一般每隔24h进行一次。 连续排污的主要作用是排出炉水中的可溶性盐分，使炉水的含盐量和其他控制指标维持在规定范围内。所以，连续排污应从含盐量最大的部位引出。连续排污也可排出一些细粒水渣，但粗粒水渣沉积下部还要通过定期排污管排除。 4.汽包在运行中的特点 由于汽包体积大，壁又厚，因此在遇到温度发生变化(例如上水过程、点火升压过程、停炉冷却过程)时，汽包的各部分就会出现温度不均衡，因而产生内应力。这个因为温度不均产生的应力常常是很大的，如不注意超过一定范围时，就会对汽包造成破坏，后果是难以设想的。汽包的上下壁温、内外壁温、膨胀情况都是十分必要的监视项目。这些监视都是为了防止汽包产生过大的温度应力。还有汽包的保温一定要完善，如果有损坏的地方一定要及时修复补好，特别是靠炉顶侧，如果保温脱落而直接受热，一定得立即停炉检修。这方面有关规程有详细的介绍规定，运行中注意认真执行。 (二)水冷壁 燃料以煤粉或流化床方式燃烧，燃烧室内温度可高达1500以上，需要对炉墙室采用可靠的保护措施，并为防止燃烧室结渣，要求加强燃烧室内的冷却作用，使出口烟温降至灰熔点以下50-100或更多。所以在燃烧室内出现了水冷壁的布置，即在炉墙的一部分或全部表面上敷设水管，以吸收热量，降低炉墙表面温度和燃烧室出口的烟气温度。 除这些防护作用外，从传热的观点来看，水冷壁是锅炉最好的受热面，水冷壁处于燃烧室的高温辐射传热区，传热主要依靠高效率的辐射作用。 对于不宜着火的燃料，要使燃料迅速着火和稳定燃烧，或在旋风燃烧室及排渣燃烧室中，为了获得较高的温度，常常需要把一部分水冷壁遮盖起来，以减少该部位的吸热量，这些被遮盖的表面常称为燃烧带或卫热带。 (三)下降管 在自然循环锅炉中，都设有下降管，而且在直流锅炉中，根据水冷壁的布置，也有采用下降管的。通常下降管都是布置在炉墙外面。下降管不仅不应受到火焰和热烟气的冲刷，同时还要严密保温，不让有较多的热量散失而去。 下降管的作用主要是将汽包内的水送入下联箱，供给上升管的需要。下降管的结构、管子截面的大小和降水的情况等，直接影响到锅炉运行的安全可靠性。 下降管的形状应简单，不应采用不同直径的管段对接组成，不宜用中间联箱，不允许有水平管段与锐角弯头。 下降管从汽包下部最低位置引出，为使流动通畅，在入口处最好做成带有圆角或锥形的平滑线型，而且在下降管的进口处应装设十字板或栅格等装置，或采用喇叭口管作为引流管。这样做的目的是为了防十在下降管入口处产生旋涡漏斗，将蒸汽带入下降管，破坏水循环的安全。 每个循环回路的下降管数目应尽可能少，但为了给水分配均匀和防止偶然堵塞，最好每一个水冷壁回路中的下降管不少于两根(如果是集中大下降管则指的是大下降管到各水冷壁回路的供水管数目)。 下降管接入下联箱时，应尽可能使它与上升管之间有一接近90°的夹角，必须避免它们的轴线相重合。 (四)联箱 汽包式锅炉和直流锅炉中，水冷壁管均用一些大圆管连起来，分成若干组，该大圆管习惯上称为联箱。其主要作用是将工质分配到水冷壁管中(下联箱)或将水冷壁管中的工质汇集起来，加以混合再分配出去(上联箱或中间联箱等)。 联箱的长度由所连接的管排来决定，联箱的内径由其中的工质流速要求来决定。其壁厚是由工作压力、内径大小、使用的材质来决定的。 在水冷壁的下联箱通常装设有定期排污装置、膨胀指示装置、点火通汽预热装置等。 二、水循环的机理与类型 锅炉中水的循环与蒸发是同时进行、不可分割的复杂过程。水在锅炉中的循环方式可分为自然循环和强制循环两大类。强制循环是借助循环泵的压力来实现循环的;自然循环则是无其他动力设备的，仅靠自身重度差产生的压头来实现循环的。由于汽水重度筹是随着压力的升高而琢渐减小的，因此压力等级不同的锅炉，水循环的特性也有差异。高参数锅炉与中、低参数的锅炉相比，水循环的困难大，安全难保证，这就需要从设计制造到运行采取一系列的措施，来保证其工作的可靠性。 (一)自然循环 1.自然循环的原理 水和汽水混合物在锅炉蒸发受热面的回路中不断流动，叫做锅炉的水循环。 在锅炉的循环回路中，汽水混合物比水轻，利用这种重度差而造成的水和汽水混合物的循环流动称为锅炉的自然循环。 图2-1-17是锅炉水循环的示意图。图中的循环回路由汽包、下降管和上升管(即水冷壁)组成，形成一个联通器。当上升管内汽水混合物的重度较不受热的下降管内水的重度为小，就产生了一个流动压头，促使管内介质活动。这时上升管中的汽水混合物上升进入汽包，蒸汽从汽包上部的出口管排出;汽包内的炉水经下降管向下流入下联箱，补充上升管内向上流出的水量，从而维持循环流量。 如果下降管也受热，可能在管中产生蒸汽，蒸汽泡有向上流动的趋向，产生的浮力对流动压头起着抵消作用;当下降管内蒸汽发生量很大时，会破坏水循环。所以，锅炉的下降管一般是不受热的。 造成循环流动的动力是下降管与上升管内介质重度差形成的流动压头。当回路高度为一定时，流动压头决定于水和汽水混合物的重度差。锅炉压力越高水汽重度愈接近，流动压头就要降低。当上升管内含汽率增高时，汽水混合物的重度降低，可使流动压头增加。当锅炉蒸汽负荷升高，燃烧室热负荷增加时，上升管吸热量增多，使管内蒸汽含量增加，这时流动压头增加，循环回路工作就越加稳定。 流动压头能造成多大的水循环流速，取决于循环回路的阻力特性。在均衡流动时，流动压头与循环回路的总阻力平衡，而总阻力就等于上升管阻力与下降管阻力之和。 循环回路的阻力越小，产生的循环流速越高，循环回路的工作越可靠，在设计中要尽量减少下降管的阻力，以增加上升管内的流速，使上升管的管壁得到充分的冷却，保障安全运行。为此，一般下降管应选取较粗的直径，使管内水速低些，从而降低下降管的流动阻力。 在循环回路中必须保持必要的循环流速。循环流速是指上升管进口截面处水的流速，它的数值是根据流动压头和回路总阻力的平衡关系得出的。循环流速不能过低，对于垂直管段如小于0. lm/s时，就容易发生循环停滞现象，甚至出现倒流现象，对于水平管段，如小于0. 48m/s便可能发生蒸汽泡附在上壁的汽水分层现象，这时管壁就不可能得到充分的冷却，会造成金属过热。 为了保证循环回路可靠工作，要求在任何情况下循环流速的设计值都不低于0. 4m/s，实际采用的设计数据在0. 4-2m/s的范围内。 在自然循环锅炉中，进入上升管的水在流过上升管时并没有全部变成蒸汽，通常只有少部分变成蒸汽，而大部分水回到汽包后再次参加循环。循环回路中水流量与产汽量之比叫做循环倍率，即 K= G/D式中 K循环倍率; G一循环回路中的水流量，t/h; D一循环回路中的产汽量，t/h。 循环倍率说明1t水在循环回路中要循环多少次才完全变成蒸汽。 锅炉工作压力越高，水汽重度越接近，流动压头就小，将使循环倍率降低。锅炉的负荷升高时。上升管内含汽量增大，也会使循环倍率降低。所以大容量锅炉比中、低压小容量锅炉的循环倍率低。 为了保证上升管不致过热以及防止水中溶解盐沉积在管壁上，除要求有足够的循环流速外，还应维持一定的循环倍率。循环倍率最小不得小于30。 2.自然循环的故障和防止对策 (1)循环停滞和倒流。在循环回路内成排的上升管中，由于管壁清洁情况和燃烧室温度场的分布情况，各根管子会产生受热偏差。在受热少的上升管中，汽水混合物的重度大于受热强的上升管中汽水混合物的重度。因此，在受热少的管子中流动压头就比较小，甚至不能保证足够的循环流速。如果循环流速接近于零，便称为循环停滞。 图2-1-18为热负荷不均匀的循环回路，这时，管内蒸汽不能及时带走，管壁冷却情况严重恶化，如果循环流速变为负值，便形成倒流。倒流时假如汽水混合物沿着整个管子截面均匀向下流动，可能还不至发生事故;但当汽泡上升速度与水的下流速度相等时，便会形成汽塞现象，管子就会过热烧坏。 如果上升管接至汽包的蒸汽空间，就不会发生倒流，但在发生停滞时，在受热弱的管子上部可能出现几乎静止不动的自由水面。这时自由水面以上的管子中充满着蒸汽，管子将迅速烧坏，而自由水面处的管壁由于水面的波动，时冷时热也会很快疲劳损坏。所以在现代锅炉中，尽量把上升管或上联箱的汽水引出管从汽包水位面以下引入汽包，如必须在汽包水位面以上引入，其超过汽包最高水位面的管段高度应尽可能小，以减少出现循环停滞的可能。 为了避免上升管流动不均匀的不良影响，锅炉设计中都把上升管分成多个独立回路，使同一回路上升管的长度和受热强度尽可能一致，以减少每个回路内的热偏差。 上升管的弯头应尽可能少。为了绕过喷燃器、人孔、着火孔，所需的弯头最好平均分布在较多的管子上。 上升管最好直接引入汽包。但实际上由于布置的需要，特别是对于大型锅炉，上升管数量很多，常需经上联箱通过汽水引出管与汽包连接。这时为了尽量减少引出管的阻力，引出管截面积与上升管截面积的比值不能过小。 降低下降管的阻力可以增加循环流速。为此，在设计中应使下降管与上升管的截面比有一个适当的数值。锅炉压力越高水汽重度差越小，下降管与上升管的截面比就要大些。 锅炉长期低负荷运行时，循环流速过低是不安全的。反之，当超负荷运行时，一般说来由于循环流速升高，对防止水循环停滞和倒流都是有利的。 运行中汽压突变对水循环是非常不利的，如汽压突然升高，由于水的饱和温度也相应升高，水冷壁管中瞬间蒸发量降低，原来受热较弱的管子中水循环会变慢或停止，可能导致管子爆破。反之当汽压突降时，汽包和下降管中的饱和水可能沸腾起来，从而破坏了水循环，有些锅炉因燃烧不稳经常瞬间灭火，汽压急剧波动，就容易出现爆管事故。锅炉结渣覆盖了水冷壁的部分受热面，会使这些管子受热减弱，造成管中循环流速降低，甚至发生循环停滞等现象。为此要努力防止结渣的发生，并及时清除焦渣。 运行中锅炉水冷壁下联箱定期排污时，一般说来对水循环影响不大，但排出量过大或过久也能引起水循环破坏，因为过度的排污会导致下联箱不能充分供给上升管循环流动所需要的水量特别是锅炉负荷较高或超负荷运行的时候，更应加以注意。(2)汽水分层。在水平或倾斜度很小的上升管中，当其中循环流速很低，到0. 4m/s以下因重力作用可能发生管子上部为蒸汽下部为水的“汽水分层”现象，这时上部管壁便会过热。为此在锅炉设计中，既要保证必要的循环流速，同时还要对上升管尽量采取垂直布置。(3)下降管带汽。 下降管中如果出现蒸汽，不但增加了下降管的阻力，而且会减少下降管与上升管内工质的重度差，使流动压头降低，以至破坏了正常的水循环;或因下降管中汽泡的上升作用而在管内造成“汽塞”，使水流中断。在下降管中出现蒸汽有四种情形:1)下降管的“汽穴”现象。当炉水从汽包进入下降管上口时，流动截面突然缩小，发生加速流动，因而造成压力损失。如果这个压力损失大于上面的水柱压力(就是汽包水位面到下降管入口处的水柱高度)时，下降管入口处的压力便低于汽包空间内的压力，这时水的饱和温度随着降低，水的实际温度(即汽包压力下的饱和温度)超过饱和温度，因而发生汽化，可能形成“汽穴”，引起“抽空”现象。另一种情况是，下降管上部水面形成了漩涡，使一部分蒸汽被吸入下降管，也会形成“汽穴”。为了防止上述两种“汽穴”，特别是后者的形成，水进入下降管的速度不应过高，并尽量减少此处的流动阻力。下降管与上升管的截面比应符合循环停滞与倒流时推荐的数值。现代大型锅炉趋向于采用比较集中的大口径下降管，这时管子数目可以少些，以减少阻力。但为了使水分配均匀及防止偶然堵塞，每一水冷壁回路中的下降管数不应少于两根。下降管入口处最好有带圆角和锥形的平滑型线。在旧炉改造提高出力时，必要时还可在下降管入口处采用变径管，以降低入口流速。图2-1-19为中压锅炉改进中采用的变径下降管示意图。 下降管入口与汽包水位面之间要保持一定的水柱高度，以防发生“汽穴”。当下降管入口速度不超过2.5m/s时，这一高度应不少于0.5m;如入口速度高达3m/s，则应保证有0.7m的水柱高度。在采用集中的大口径下降管时，形成漩涡的可能性增大，为此应在进口处装设十字板或栅格，以防止漩涡现象形成“汽穴”。在运行中还应注意保持正常水位，防止水位过低和水位急剧波动。2)锅炉运行中汽压急剧降低时会使下降管内的炉水饱和温度降低，而实际水温较高，炉水处于过热状态，因而发生汽化。为此在运行调整中应不使压力变化得太快，并防止锅炉燃烧不稳，频繁灭火等影响汽压急剧波动的不正常现象发生。3)由于下降管受热过强而使其中的水沸腾。在高压锅炉中汽化潜热减少，更容易发生这种现象。因此在现代锅炉，特别是高压锅炉设计中，尽力提高水循环的可靠性，下降管通常都是不受热的，即把下降管布置在炉墙外面并加以绝热。4)下降管夹带蒸汽。当汽包中上升管口与下降管口布置的太近，或水位过低，以及水位波动时，下降管口的水流可能会吸入一些蒸汽，甚至在水位过低时还会形成“汽斗”。为避免出现这种现象，可在下降管与上升管之间安装隔板。 三、汽水分离设备及汽水品质标准锅炉给水送入汽包时，虽已经过了处理，除去了绝大部分的盐分和杂质，但还会带进微量的盐分如硫酸钠(Na2 SO4,碳酸钠(Na2 CO3 )、硅酸钠( Na2SiO3)等。当水不断蒸发变成蒸汽时，这些盐分就会浓缩在炉水中，使炉水含盐浓度变得很高。如果汽包送出的饱和蒸汽携带了炉水水滴，就会使蒸汽受到污染。在高压锅炉中，由于高压蒸汽能直接溶解硅酸盐，如果给水中含硅酸盐超过额定限度，即使蒸汽不带水滴，也会造成蒸汽带盐。蒸汽污染的后果会造成过热器管中结盐垢，导致过热器管壁过热损坏，而且盐垢还会进入汽轮机，使汽轮机的调速机构和叶片表面结垢，威胁汽轮机运行安全，降低汽轮机的出力和经济性。 以一台400t/h锅炉为例，假如每千克饱和蒸汽中含有lmg的盐分(也就是说蒸汽中含有1/100的盐分)，运行7000h后，蒸汽带出的总盐量将达400×103×10-6×7000=2800 (kg)。这是一个可观的数字，足以造成种种严重恶果。所以锅炉蒸汽的含盐量，必须控制得远比上述数值为低。 蒸汽的洁净程度是蒸汽质量的主要指标，我国现行规定如表2-1-3所示。 要得到洁净的蒸汽，一方面要提高给水质量(对高压锅炉特别要求限制给水中的硅酸盐含量)，并通过合理排污和分段蒸发等措施改善炉水工况，避免蒸汽带出盐分很高的水滴。这些已在前面“汽包内部装置”部分作了介绍，但单靠这些措施还是不够的，还需要进行汽水分离，以尽可能地把蒸汽中携带的水滴分离出来，有时还要采用给水清洗蒸汽的方法进一步降低蒸汽携带的盐分。 对蒸汽进行汽水分离和用给水清洗蒸汽的装置称为蒸汽净化装置。以下分别进行介绍。 (一)汽水分离装置 通常有自然分离和机械分离两种类型。 1.自然分离 就是利用水滴本身的重量与蒸汽逐渐分离。在汽包内蒸汽上升速度越慢，在容汽空间停留的时间越久，则越容易使携带的水滴分离出来落回水中。当水面波动，以及表面有泡沫时，容易产生细小的水滴被蒸汽带走，所以从自然分离的观点来看，汽水混合物引入汽包的位置最好在水面上。汽水混合物进入汽包后分布是否均匀也是很重要的，分布越是均匀，则汽包容汽空间内蒸汽的上升流速越低，自然分离作用就越强。 2.机械分离 在大容量自然循环锅炉上仅靠自然分离作用进行汽水分离是远远不够的，一般主要依靠机械分离装置实现汽水分离。 机械分离法除利用水滴的重力分离作用外还利用以下三种作用: (1)离心分离汽水混合物迅速改变流动方向，产生离心力促使水滴分离。 (2)薄膜分离当蒸汽带着水滴沿金属板面或网格流动时，水滴因附着作用润湿接触面而形成薄膜下流，与蒸汽分离。 (3)冲击分离当汽水混合物冲击到金属板面或网格上时，由于惯性力和离心力作用，水滴与蒸汽相对流速变化大的水滴被粉碎。动能减小，小水滴形成薄膜下流，从而与蒸汽分离。 实际的机械分离装置一般不是简单地采用某种单一作用的元件，而是把多种元件组合起来发挥作用。通常的做法是先使汽水混合物经过一次分离即粗分离，再经过二次分离即细分离，然后离开汽包。 机械分离装置元件的形式很多，就不再介绍了。 (二)给水清洗蒸汽装置 给水清洗蒸汽装置的作用是使蒸汽与清洁的给水相接触，使蒸汽中溶解的盐分以及携带的炉水水滴的盐分经给水清洗。一般可提高蒸汽清洁度4-10倍左右。 高压锅炉蒸汽密度较大，汽水分离比较困难，而且高压锅炉直接溶解的氧化硅(SiO2)等盐类不能用机械的方法分离掉，所以对高压蒸汽来说，进行给水清洗的意义更大，但清洗后还需经过可靠的汽水分离。 如果把给水清洗和机械分离配合使用，可以在炉水浓度较高的情况下得到品质很高的蒸汽。 清洗方法有雨淋式、表面接触式和穿过水层式三种。前两种效果较差，现多用后一种方法。 四、循环流化床锅炉受热面布置的特点 1.循环流化床锅炉燃烧系统的特点 循环流化床燃烧，是一种在炉内高温运动的烟气与其所携带的湍流扰动极强的固体颗粒密切接触，呈流态化燃烧的反应过程;同时，在炉外将绝大部分高温的固体颗粒搜集，并将它们送回炉内多次参与燃烧的过程。显然燃料在炉膛内燃烧的时间延长了，在这种燃烧方式下，炉内温度水平受煤中灰分的变形温度和脱硫最佳温度的限制，一般在850左右。这样的温度远低于普通煤粉炉中的温度水平。 在循环流化床锅炉中，大量的固体物料在强烈的湍流下通过炉膛，通过人为操作可改变物料循环量，并可改变炉内物料的循环规律，以适应不同的燃烧工况。在这种组织方式下，炉内的热量、质量和动量传递十分强烈，从而使整个炉膛高度及水平方向的温度分布非常均匀。同时强烈的动量质量传递使循环流化床内的颗粒产生磨损和碎裂，进一步强化了燃烧。 2.固体颗粒循环回路中受热面的布置 受热面的不同布置方式决定了循环流化床的热量分配。目前常规的循环流化床锅炉中，在固体颗粒循环回路中的受热面布置方式有如下几种:在炉膛内布置水冷壁受热面或水冷壁隔墙，这在早期的容量较小、参数较低的循环流化床锅炉中经常采用。随着锅炉容量的增大，参数的提高，过热器吸热量大大增大，所以出现了在炉膛内除了布置水冷壁，还要布置较多的过热器受热面，以弥补仅在尾部受热面布置过热器而造成的过热及再热吸热不足。在固体颗粒循环回路上布置外置式流化床换热器。 3.过热器和尾部受热面 循环流化床锅炉中的过热器、省煤器、空气预热器等对流受热面与常规锅炉基本相同，其主要不同之处在于受热面的布置上有其一定的特殊性。在循环流化床锅炉中进入对流受热面(离开固体颗粒循环回路，相当于煤粉炉炉膛出口)的烟气温度比煤粉炉低，对流受热面的传热份额相对较小，而主循环回路内的传热份额较大，这就使得在大容量、高参数锅炉中，必须在主循环回路上布置过热或再热受热面，一般采用外置式流化床换热器或炉内布置屏式受热面。对于省煤器和空气预热器，由于流过这些受热面的固体颗粒浓度较高，应采取特殊的防磨措施，其他均与常规锅炉相同。 (1)屏式过热器。大型循环流化床锅炉在炉膛中均设置屏式过热器，以弥补对流受热面传热量的不足。循环流化床锅炉与常规煤粉炉屏式过热器的最大区别是要考虑受热面的磨损问题。 (2)对流过热器及再热器。对于采用高温分离型的循环流化床锅炉，对流过热器与常规煤粉锅炉过热器相同，也只是重点考虑磨损问题;但对于中温分离或组合分离型的循环流化床锅炉，过热器或再热器的设计有其特殊之处，主要原因是由于过热器或再热器区域的固体颗粒浓度很高，对过热器的传热和磨损有明显影响。 (3)无论是采用高温分离还是中温分离，省煤器工作区域的固体颗粒浓度与常规锅炉的相差不大，除非是燃用含灰特别高的燃料。考虑循环流化床锅炉中颗粒尺寸较大，为了防止省煤器受热面的磨损，除了控制烟速及弯头处加装防磨片外，可以采用鳍片式省煤器或膜式省煤器，一方面可以增加传热面积，另一方面可以有效地防止磨损。循环流化床锅炉中的空气预热器与常规煤粉锅炉的相同，只是由于循环流化床锅炉一次风压较高，为了防止漏风，应当采用管式空气预热器。另外，由于一次风和二次风风压不同，一、二次风空气预热器应当隔开，采用单独的进出口集气箱。第二章锅炉辅机第一节循环流化床的配风系统一、循环流化床锅炉的配风系统 减少循环流化床锅炉自身的消耗，是目前各国发展循环流化床锅炉的主要努力方向之一。因燃用宽筛分燃料，粒径分布为0-l0mm，因此大多数循环流化床锅炉省略了磨煤机及制粉系统，所以其燃料制备的系统能耗大大降低。循环流化床锅炉增加了物料循环系统以实现循环燃烧。物料循环系统的循环动力来源于返料器进口侧立管中物料位差压。返料器多数采用非机械封阀，其工作状态由高压返料风控制。为了使物料循环系统正常工作，需要有高压风机提供返料风源。循环流化床锅炉运行时，炉内物料必须处于流化状态。因此，一次风压头要高，高压一次风通过炉膛底部布风板使布风板上的物料流化。风机是循环流化床锅炉的主要耗能设备，合理设计配风系统，对降低风总耗能有着重要的意义。二、循环流化床锅炉的配风要求及实际运行参数1.循环流化床锅炉的配风要求图2-4-1为循环流化床锅炉的配风原理图。 一次风通过布风板由锅炉底部进入炉内，使物料流化，燃料和脱硫剂由给料口进入炉膛密相区下部，被高温物料包围，迅速着火燃烧与热解。二次风在密相区中、上部，补充悬浮区燃烧需用的空气量。离开炉膛的物量及大部分未燃尽煤粒经分离器分离，由回料器返送炉膛底部循环燃烧。烟气经除尘后由引风机经烟囱排走。一次风、二次风、返料风及播煤风是循环流化床锅炉的基本风源。一次风的作用是流化床料，提供初级燃烧的空气。因为要克服布风板阻力、料层阻力，所以一次风压头要高。二次风主要是补充空气助燃，一般在密相区中、上部送入，阻力小，所以风压可低一些。播煤风主要是为克服不均匀性，消除播煤风口的燃料集中现象。一般给料口靠近布风板，料层阻力较大。回料风要松动充管物料，并克服回料阀阻力和炉膛、分离器阻力，才能完成流化返料过程，风源压力最高。各风源压力参数:一次风10 -13kPa，二次风6 - 8. 5kPa，播煤风9-12kPa，返料风13 -20kPa(中、小型循环流化床锅炉)。其中，返料风压与返料阀形式及锅炉布置方式有密切关系。在风量方面，按分级燃烧及物料流化要求，一次风、二次风的风率设计为50/50-60/40, 播煤风一般为3%-5%。虽然返料风要求压力非常高，但其风量较小，一般小于2%，表2-4-1显示了循环流化床锅炉的风烟系统参数情况。 二、配风系统设计与改进图2-4-2所示是循环流化床锅炉的常规送风设计，多见于小型循环流化床锅炉。一次风从炉底经布风板进入，二次风从密相区上部进入，返料风从一次风出口冷风主管上接引。这种设计的优点是一次风同时控制燃料与返料，使返料量与锅炉负荷同步变化，负荷增大，返料量增大。相反，负荷减少，返料量减少。但为了保证返料风压，必须提高一次风总压力，从而使一次风节流损失增大。从定量关系看实际运行中的一次风率，一般达到50%-70%，而返料风仅占一次总风的1.5%-2.5%，所以造成的一次风阻力损失很大。同时，这种设计没有播煤风，不便于给煤的扩散，限制了单个给煤器的最大出力。图2-4-3是新型循环流化床锅炉送风设计，主要改进是增加了播煤风和建立了单独高压流化风机，增加下二次风实现分级燃烧。下二次风在必要时作为维持床温的调节手段，对运行有利。 一次风全经布风板进入炉膛的设计方式，必然导致循环流化床锅炉启动、低负荷工况与高负荷、额定负荷工况对布风设计要求相互矛盾。实践发现，高压头小风量会使风机及风道出现振动或者难于达到所需要的低风量。过大的小孔流速造成了不必要的一次风阻力损失。解决这一问题的关键是要在送风设计上处理好一次风的出路，将多余的一次风从布风板处分流。 从运行情况看，一次风从布风板前分流是很好的。首先，启动时可以从床面上分流部分一次风，实现临界流化状态点火的风量控制要求;其次，大负荷时，部分一次风分流有利于降低布风阻力损失。同时，这部分风进入密相区后，以二次风的形式同样带走热量，维持了床温稳定。 理想的送风系统应该满足运行需要，系统应简单便于调节，耗电量少。根据循环流化床锅炉运行调节特点和目前制造水平，理想的送风系统应是: (1)设置返料风机，使高压返料风与一次风分离，返料风风源取自一次风出口母管以提高返料风压。 (2)在料口使用扩散风以增强物料混合能力，从而降低小负荷时的流化风压。 (3)一次风从布风板前分流，降低布风阻力损失。 (4)简化系统，省略其他不必要的风机，减少系统耗电负荷。 (5)锅炉在设计时对称布置，降低送风耗电量，运行控制统一考虑，从设备结构上消除阻力损失。 例如:采取大孔径定向风帽，倾斜布置布风板可以增加低负荷时床料的混合性能。同时，减少一次风的阻力损失，采取良好性能的返料器及下料斜管，降低返料阻力，从而降低所需的返料风压，设计冷灰再循环作为维持床温的措施，设计外置式换热器或内置式换热器降低物料温度，降低高负荷下的一次风需用量，从而降低布风阻力损失等。 归纳以上分析可以得出以下结论: (1)循环流化床锅炉各个风源在风量与风压参数上存在的差异很大，在送风设计时，应给予重视。 (2)循环流化床锅炉高负荷与低负荷对布风设计的要求是相互矛盾的。解决这一矛盾的关键是对一次风进行分流，在满足床料流化的同时，降低一次风阻力。 (3)理想的送风设计是:返料风机将高压返料风与一次风分离，并从一次风机出口引返料风源，降低返料风机的提升压力差;对一次风进行分流，降低高负荷时的布风阻力损失，充分利用扩散风增强物料混合能力;简化系统减少不必要的风机，锅炉设计时应合理选取零件结构，从根本上降低送风阻力损失。 四、配风系统的几种配风布置形式 容量在130t/h以上锅炉的配风系统 容量在130t/h以上的锅炉，由于总风量较大，而大风量、高压头风机的选型比较困难，常采用串联风机方式提高风压。并且由于容量较大锅炉均采用石灰石(或其他脱硫剂)脱硫和连续排渣，甚至设计有烟气循环和飞灰运送系统，因此风机类型和台数大大增加，风系统更加复杂。下面介绍两种相对比较简单的配风系统。 第一种配风系统: 一次风机: 一次风、副床或外部换热器流化一次风、回料风; 二次风机:二次风、播煤风、煤制备系统用风;冷渣器风机:冷却风;石灰石输送、给料风机:输送风、给料风。 第二种配风系统: 送风机: 二次风、播煤风、一次风(经过加压风机)、冷渣风; 回料风机: 回料风; 石灰石输送风机: 输送风、给料风; 飞灰运送风机:飞灰返送风。 上面所讲配风系统的共同特点是采取分别供风的形式，低压用风由二次风机供给，高压用风基本上由一次风机供给，特殊用风自设立风机。当然在具体系统设计时也考虑互为备用问题。这种布置方式，对于运行操作和调整比较方便。第二种方式中，高压风由容量较大的送风提供风源。再由送风机出口串联的加压风机增压后供给，以满足一次风和冷渣器用风(或回料风)的需要。这两种方式投资相对较大，对大、中型锅炉风系统布置比较有利。第二节给煤系统 给煤系统的作用，是将煤仓中的原煤连续不断地送入流化床炉膛，满足锅炉燃烧的需要。它通常由给煤机、输煤管道、下煤插板、播煤风系统等组成。 一、给煤机的结构及型式 给煤机是给煤系统中的主要设备，它的作用是输送原煤，并实现给煤量的控制与调节，满足锅炉负荷的要求。 皮带式给煤机 皮带式给煤机的结构示意图如图2-4-4所示。皮带式给煤机一般采用较宽的皮带，根据锅炉容量的大小，宽度可选用400-1000mm。它结构简单，给煤量易控制，也较为均匀，通常用插板调节皮带上料层的厚度来控制给煤量，也可以采用变速电动机改变皮带运行速度来控制给煤量，电动机通过变速箱将皮带运行速度控制在0.04-0. 2m/s。 皮带式给煤机在料斗部位易造成堵煤，为此在结构上有一些特殊的要求。料斗一般都采用钢制，在出料的一方制成垂直，另三个面与水平面的夹角a和都应选取较大值(a80°、70°)，